浙江省青田中学高中化学 专题二 第三单元 化学能转化为电能课堂实录 苏教版必修2.doc

化学能转化为电能课堂实录 化学能转化为电能作为苏教版化学2化学能与电能的转化单元的起始课题，在整个高中化学体系中有着承前启后的功能。它上承氧化还原反应、元素周期律、化学反应中的热效应等基础理论和基本概念，同时也为苏教版化学反应原理教材化学能与电能的转化单元设置和能力提升做了相应铺垫。它源于生活，又广泛应用于生活，具有特殊地位和重要功能。而对本课题重点和难点-原电池原理和电极反应方程式的书写高中学生一直是难以完全理解和掌握，以致在不少的练习和测试中失分。在本课题的教学中笔者采用国际化学年的主题思想 “化学-我们的生活，我们的未来”引领课堂教学，通过化学实验，结合生产生活实际提炼知识概念，再将其运用在生活中，解决实际问题，拉近学生和化学距离，激发学生学习化学兴趣和调动学习积极性。课堂实录正在董渊同学演唱的化学版青花瓷“色蓝絮状的沉淀，跃然试管底，铜离子遇氢氧根，再也不分离”歌声中，上课铃声响起，笔者借势出击，开始课堂讲授。【教师】：从歌声中我们可以再次感受到化学反应不仅有物质的变化，也有能量转化，其中较为常见的能量变化是化学能与热能的转化。先让我们通过实验来感受下化学反应中存在能量变化。在同学们的实验桌面的试管架上有两支试管，其中之一放有一定量的碎锌片，另一支为锌粒，同学们以四人组为单位，分别向两支试管中滴加2滴管的稀硫酸，认真观察和感受实验现象，现在开始动手实验。在同学们纷纷动手操作，笔者观察同学操作，并及时示范和纠正相应操作，也适时引导学生观察和分析问题。【教师】：下面请一组同学来叙述下他们在实验中所观察到的共同现象？以及不同现象？【生1】：固体溶解，产生气泡，试管壁发热。【生2】：第二支试管中碎锌片产生气泡速率较快。【教师】：这组同学观察的很仔细，从海陆空三维度分析现象很全面。这里有两个问题我们需要深入下，第一是什么原因使得第二支试管产生气泡速率较快呢？硫酸浓度吗？温度吗？还是压强呢？还是接触面积呢？还是有其他原因吗？【生集体】：硫酸、温度、压强应该都一样的。接触面积可能有差异，无法判断。【教师】：老师在准备实验时也发现这个异常现象，也认真的思考了这几个影响速率的因素，对于接触面积这个因素我通过把锌片减碎让其增大接触面积，而锌粒的选择老师也尽可能的挑选了个头大的锌粒。应该说在接触面积这个角度，是碎锌片略占优势，但是碎锌片产生气泡速率还是不如锌粒，这问题留待我们学完本课题知识就可以回答了。第二很多化学反应正如该反应一样放出热量，如果不合理利用我们将浪费大量能源。生活中我们利用化学能转化热能，再通过发电机等作用转化为电能。如我国目前我国最大火力发电厂在北仑，总装机容量500万千瓦。然火力发电这种能量转化效率是比较低的，每一步转化都有能量损失，那么有没有直接、高效的化学能向电能的转化的设计呢？让我们在课堂上通过一组实验来见证化学能向电能转化的过程吧。【教师】：锌与硫酸反应的实验同学们已经完成，那么铜片置于稀硫酸中会有现象吗？如果没有现象，为什么会没有呢？【生集体】：没有。根据金属活动性顺序，铜排在氢后面，不能置换出酸中氢。【教师】：（笔者顺势演示上面的实验）铜片浸入稀硫酸溶液无现象，如果把锌片、铜片都浸入硫酸溶液，然后通过导线连接在电流表上，会有什么现象呢？请大家仔细观察。（笔者动手操作演示该实验）【生3】：电流表偏转，铜片上冒气泡，锌片上也有气泡【教师】：很好，这里可以归纳出三个现象，我们分别展开讨论。电流表偏转，说明导线上有电流通过，这一装置就如同一个电源，给电流表供电，因此铜片、锌片就好比电源的两正负极。哪一极是正极呢？（笔者从口袋中掏出一节5号电池，连接在电流表上。）通过电流表指针指向对比，我们可以发现锌片、铜片分别相当于该五号电池什么极？【生4】：锌片相当于五号电池的负极，铜片相当于五号电池的正极。【教师】：这一现象说明通过这一装置我们实现了化学能向电能的转化，我们把能实现化学能向电能转化的装置称为原电池。【教师】：根据物理学知识，负极有电子流出，电子从负极沿导线流到正极铜片。这说明在负极上锌失去电子，锌离子进入溶液，我们可通过zn-2e-=zn2+这一离子反应式来表示锌电极上的反应。【教师】：铜片上有气泡，说明负极流出的电子经导线移动到正极，溶液中氢离子在铜片上获得电子转变为氢气。我们通过2h+2e-=h2这一离子反应式来表示正极上的反应。像这样的方程式分别表示原电池两电极的反应，称为电极反应方程式或称原电池半反应。当把两个电极反应通过得失电子数相等的方式加和起来就得到原电池总反应。【教师】：通过观察该电极反应，我们可以总结出电极反应书写规律：每个反应只表示氧化反应或还原反应，而且每个电极反应都用实际参加反应离子表示，因此书写上要根据离子方程式的要求书写电极方程式。【教师】：请同学们思考如下原电池，溶液换成硫酸铜溶液，碳棒电极析出红色物质，该原电池正负极分别是什么？正负极的电极方程式？请同学们在草稿纸上完成。【生5】：该原电池负极为锌片，正极为铜片。【教师】：（通过投影该生草稿纸上电极方程式）很好，书写的非常正确、清晰。回顾演示的铜锌原电池，结合电流表偏转现象，这一现象的出现需要电路行成回路，除导线上电子移动外，溶液中还必须纯在离子移动才能形成回路。请同学们结合电流或者电子移动特征思考溶液中阴离子、阳离子分别移向哪一极？【生6】：阴离子移向负极，阳离子移向正极【教师】：综上所述，原电池的负极：还原剂发生氧化反应，电子流出。经导线移动到原电池正极，氧化剂得到电子发生还原反应。溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极构成回路，使电流表偏转。我们可以把这一过程用一动画形象表示，而这就是我们原电池的工作原理。请同学套用这个原理分析刚书写的原电池例子的工作原理。【生6】：锌电极失去电子，发生氧化反应，电子沿导线转移到碳电极，溶液中cu2+得到电子，发生还原反应。溶液中so42-移向负极，cu2+移向正极，形成回路。【教师】：回答很好，思路很清晰。演示实验中锌片上产生气泡这一现象，还得留待我们学完本课知识后再解决。原电池能实现化学能向电能的转化，请同学们结合演示实验，结合自己对原电池的理解，试推测形成一个原电池需要满足哪些条件？【生7】：需要电极，需要回路，需要氧化还原反应。【教师】：很好，根据这位同学所猜测的条件，我们一一来思考和实验下列装置，判断其是否为原电池，电流表是否会偏转。演示实验的铜锌原电池电流表偏转，那么装置是否偏转呢？如果不偏转，为什么不能偏转呢？【生8】：不偏转。没有形成闭合回路。【教师】：说明形成原电池条件一是需要形成闭合回路。装置、，是否形成原电池，电流表是否偏转呢？如果不偏转，为什么不能偏转呢？【生9】：装置不偏转，溶液不存在自由移动离子，无法形成电路。【教师】：（笔者继续追问）那说明形成原电池需要的第二个条件是什么？【生9】：需要存在自由移动离子的溶液。【教师】：自由移动离子的溶液一般都是电解质溶液，因此形成原电池的条件是电解质溶液。【生10】：装置不能形成原电池，装置形成原电池，电流表偏转。说明需要活泼性不同的电极。【教师】：很好，从这组实验中我们知道形成原电池需要活泼性不同的电极，一般负极为较活泼材料，正极为较不活泼材料。【生11】：装置不能形成原电池，不存在氧化还原反应。 【教师】：（笔者在各位同学回答之前演示了相应的实验）很好，从这几位同学的分析中我们可以得出形成原电池需要满足的四个条件：一、氧化还原反应，二、活泼性不同的电极，三、电解质溶液，四、闭合回路。不过在同学们的回答中，还有一点小瑕疵，装置能否形成原电池，我们还有待进一步考察？请同学们根据原电池形成的条件思考、原电池的正负极和总反应？ 【生12】：装置，铝片负极，铜片正极，总反应为2al+2naoh+2h2o=2naalo2+3h2。【生13】：装置，铜片负极，铝片正极，总反应为3cu+8hno3=3cu（no3）2+2no+4h2o。【教师】：很好，从这两位同学的回答中我们可以发现一点，活泼行不同的电极不一定相对活泼的做负极，有可能不活泼的这一极在某种介质中特别活泼。在本节课中我们还有几个悬而未决的问题，1、为什么碎锌片产生气泡的速率比较慢？2、铜锌原电池为什么负极锌电极上出现气泡？这与我们原电池的原理有关吗？是否是老师在这些材料选择上做了手脚呢，先让我们一起阅读下老师选择材料产品说明书，能否从说明书上发现问题之所在。你在说明书上发现了什么问题？【生14】：锌粒锌片都含有杂质，锌粒所含杂质较多。【教师】：杂质会形成原电池吗？如果形成原电池的话，原电池与产生气泡快慢有什么关系呢？你能做出怎样的猜测。【生15】：形成原电池加快反应速率。【教师】：对于这位同学的猜测，我们如何来证实呢？你能否设计一个实验呢？【生16】：找寻杂质含量更高的锌片，让其与稀硫酸反应，进行对比。【生17】：进行对比实验，一组为锌与稀硫酸反应的实验。另一组为锌铜与稀硫酸反应的实验。【教师】：很好，这两个方案都可以，现在在同学们面前的试管架中放置了两支试管，其中之一就是碎锌片，另一支为碎锌片和碎铜片的混合物。请同学们以四人组为单位分别向两支试管中加两滴管稀硫酸。观察加铜片前后冒泡速率差异，你看到了什么?【生18】：混有碎铜片的试管产气速率大大加快。【教师】：很好，因此我们可以看出形成原电池能大大加快反应速率。那么原电池是如何加快反应速率呢，我们从原电池原理来分析下。负极锌失去电子，锌离子进入溶液，此时锌电极周围几乎全部是锌离子，由于电荷相斥，氢离子要通过锌离子层去获得锌失去电子就较难，相反由于电子经导线移动，氢离子在正极表面获得电子就比较容易。那你能否延续这个思考方向，思考老师演示的铜锌原电池为什么负极锌电极上也有气泡呢？【生19】：锌片不纯，含大量杂质，形成较多的微小的原电池，因此锌片上也出现气泡。【教师】：回答非常正确，从这里我们可以发现我们学习的化学知识不仅可以解决练习中出现的问题，还可以解决我们实验中遇到实验意外，虽为意外却又符合原理。在生活中也是如此，如果你是生活的有心人，你可以发现和解决生活中为数不少的化学问题。事实上原电池也是起源于我们的生活，在1780年，意大利解剖学和医学教授伽伐尼，在解剖青蛙的实验中意外发现，当两种不同金属材质的解剖刀同时触碰青蛙腿时，蛙腿便会发生痉挛。当时伽伐尼认为青蛙体内产生了“动物电”。伏打经过一番研究，发现蛙腿抽搐只是由于电流通过的作用，所谓特殊的“动物电”是不存在的。在今天我们知道这是由于原电池的原因，我们也运用这一原理设计铜锌弓用于刺激和检测人体神经是否畅通。【教师】：当然正是由于伏打发现青蛙腿抽搐的原因，他把不同的金属板浸入一种电解液里，组成了第一个直流电源伏打电池。后人为了纪念他的功绩，将电势差的单位取名为伏特。在今天我们基于伏打设计和原电池原理发明各种各样的电池：如普通干电池，纽扣电池、手机等数码电池、铅蓄电池、甚至今天我们电动汽车还在继续电池的发明和创造。【教师】：当然原电池也不仅在于电池的发明和应用，金属的腐蚀随处可见，其中很大一部分都是基于原电池的原理发生的腐蚀，我们教材41页资料卡介绍钢铁电化学腐蚀，同学自学资料卡，思考为什么大部分金属的腐蚀都是原电池原理？【生20】：金属不纯，满足形成原电池四大条件。【教师】：不知道同学们有没有发现金属的某些腐蚀正如我们判断原电池形成条件的装置。我们现场感受装置所形成的原电池。（笔者动手操作）我们可以看到装置中电流表偏转，这正是发生了如资料卡所说金属腐蚀的反应。基于金属的电化学腐蚀原理，我们可针对性设计防护措施。如切断形成原电池的条件，添加保护层，如油漆